機械制造技術課程設計-倒檔變速叉工藝及銑叉腳兩端面夾具設計

PAGE22倒擋變速叉零件的機械加工工藝及夾具設計摘要此次設計是對倒擋變速叉零件的加工工藝和夾具設計，其零件為鍛件，具有體積小，零件復雜的特點，由于面比孔易加工，在制定工藝規程時，就先加工面，再以面為基準來加工其它，其中各工序夾具都采用專用夾具,并以操作簡單的手動夾緊方式夾緊，其機構設計簡單，方便且能滿足要求。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。關鍵詞倒擋變速叉，加工工藝，專用夾具，設計 PAGEIVAbstractThisdesignistodialsforksthecomponentstheprocessingcraftandthejigdesign,itscomponentsaretheforging,hasthevolumetobesmall,componentscomplexcharacteristic,Becausethesurfaceiseasierthantheholetoprocess,whenformulationtechnologicalprocess,firstthemachinedsurface,thenprocessesothertakethesurfaceasthedatum,Inwhichvariousworkingproceduresjigallusestheunitclamp,specialregardingprocessesthebigendofhole,thetroughanddrillsthecapitellumholeinclineeyeletintheworkingprocedure,Chooseslocatemodewhichtwosellsatthesametime,andoperatesthesimplemanualclampwayclamp,itsorganizationdesignissimple,theconveniencealsocansatisfytherequest.Keywords：Dialsthefork,theprocessingcraft,unitclamp,design目錄摘要 IAbstract II序言 4第1章零件的分析 51.1零件的作用 51.2零件的工藝分析 5第2章工藝規程的設計 72.1確定毛坯的制造形式 72.2基準的選擇 72.3制定工藝路線 82.4倒擋變速叉的偏差計算 92.5切削用量以及機床的確定 10第3章銑兩端面設計 173.1設計要求 173.2夾具設計 173.2.1定位基準的選擇 173.2.2切削力及夾緊力的計算 173.3夾具的夾緊裝置和定位裝置 173.4定位誤差的分析 193.5確定夾具體結構和總體結構 193.6夾具設計及操作的簡要說明 20總結與展望 21參考文獻 22致謝 24序言機械制造業是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產品，并把它們裝備成機械裝備的行業。機械制造業的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業的產品。我們的生活離不開制造業，因此制造業是國民經濟發展的重要行業，是一個國家或地區發展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。倒檔倒擋變速叉工工藝規程及夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行畢業設計之后的下一個教學環節。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質量。本次設計也要培養自己的自學與創新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。

第1章零件的分析1.1零件的作用題目所給的是變速箱中的倒擋變速叉，它的主要作用是推動倒檔齒輪向輸入軸傳動齒輪移動并與之嚙合，使汽車實現倒行。再換倒檔時，撥叉將受到較大的沖擊。1.2零件的工藝分析該撥叉為精密鑄件，鑄造表面光潔，平整，無裂痕，毛刺，分層，縮孔，縮松等鑄造缺陷。從零件圖上看，該零件是典型的叉架類零件，結構比較復雜，形位精度要求不算高。為大批量生產的鑄件。其主要加工的有16的孔表面粗糙度為Ra1.6um，斜腳面尺寸要求公差尺寸為自由公差，表面粗糙度為Ra3.2m并保證與16軸線的垂直度為0.10；R34面粗糙度為Ra3.2um，表面要求淬火處理，硬度要求為45~53HRC。通過分析該零件，其布局合理，雖結構復雜，但加工要求比較容易保證，我們通過專用夾具可保證其加工要求，整個圖面清晰，尺寸完整合理，能夠完整表達物體的形狀和大小，符合要求。5個加工表面分別是：（1）Φ16孔的上端面;（2）加工φ16的孔內表面；（3）撥叉兩端面，保證尺寸9±0.15；（4）鉆，擴，鉸螺紋孔；（5）加工R50圓弧槽

第2章工藝規程的設計2.1確定毛坯的制造形式零件材料為HT200，考慮到倒擋變速叉運行時經常需要掛檔倒車或輔助轉向，因此零件在工作過程中經常受到沖擊性載荷，采用這種材料的零件強度也能得到保證。由于零件成批生產，而且零件的輪廓尺寸不大，選用砂型鑄造，采用機械翻砂造型，鑄造精度為2級，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產率和保證加工精度上考慮也是應該的。有上述工藝要求與資料，對毛坯初步設計如下:Φ16mm的孔由于16mm難以鑄造，在毛坯設計時，不宜設計底孔，因此毛坯采用實心鑄造，以確保毛坯成功率。2.叉口側面叉口兩側面粗糙度均為3.2，進行一次粗銑即可滿足光潔度要求。根據資料可知，毛坯的叉口厚度定為1.5mm。叉口內圓面粗糙度沒有要求，直接鑄出2.2基準的選擇基準的選擇是工藝規程設計中的重要工作之一，他對零件的生產是非常重要的。基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得到提高，否則，不但使加工工藝問題百出，更有甚者，造成生產無法進行。粗基準的選擇對于零件而言，粗基準的選擇對于后面的精加工至關重要，從零件圖上看出，倒擋變速叉較不規則，所以粗基準不太容易選擇，為了保證Φ16孔的精度要求，選φ16孔下端面為粗基準。精基準的選擇以φ16孔下端面為粗基準，加工φ16孔的上端面，然后以加工過的上端面為精基準加工φ16內孔，從而保證加工精度。2.3制定工藝路線制定工藝路線的出發點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度的技術要求能得到合理的保證，在生產綱領已確定為大批量生產的條件下，可以考慮采用萬能機床以及專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外還應當考慮經濟效果，以便生產成本盡量降低。10鑄造鑄造20銑粗銑Φ24右端面30鉆鉆，擴，鉸Φ16孔40熱淬火E表面和R34端面50銑精銑R34端面60車車R23內圓70銑銑寬15mm的槽80鉆鉆M10螺紋底孔，攻絲M1085鉗去毛刺90檢驗檢驗入庫2.4倒擋變速叉的偏差計算=1\*GB2⑴倒擋變速叉底平面和大頭孔上平面的偏差及加工余量計算底平面加工余量的計算。根據工序要求，其加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：粗銑：由參考文獻[4]表11～19。其余量值規定為，現取。查[3]可知其粗銑時精度等級為IT12，粗銑平面時厚度偏差取精銑：由參考文獻[3]表2.3～59，其余量值規定為。=2\*GB2⑵小頭孔的偏差及加工余量計算參照參考文獻[3]表2.2～2，2.2～25,2.3～13和參考文獻[15]表1～8，可以查得：孔￠16：鉆孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。擴孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。鉸孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。=3\*GB2⑶．粗、精銑15槽參照參考文獻[1]表21～5，得其槽邊雙邊粗加工余量2Z=2.0mm，槽深加工余量為1.0mm，再由參照參考文獻[1]表21～5的刀具選擇可得其極限偏差：粗加工為，精加工為。2.5切削用量以及機床的確定工序30：粗銑Φ24右端面機床：立式銑床X52K刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：，，齒數8，此為細齒銑刀。因其單邊余量：Z=2mm所以銑削深度：精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm銑削深度：每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，取根據參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，取：根據參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度機床主軸轉速：按照參考文獻[3]表3.1～31，取實際銑削速度：進給量：工作臺每分進給量：走刀次數為1機動時間：機動時間：所以該工序總機動時間工序40：粗銑?24另外一側端面機床：立式銑床X52K刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：，，齒數8，此為細齒銑刀。因其單邊余量：Z=2mm所以銑削深度：精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm銑削深度：每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，取根據參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，取：根據參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度機床主軸轉速：按照參考文獻[3]表3.1～31，取實際銑削速度：進給量：工作臺每分進給量：走刀次數為1機動時間：機動時間：所以該工序總機動時間工序50：鉆、擴、鉸孔￠16。機床：立式鉆床Z525刀具：根據參照參考文獻[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。（1）鉆孔切屑用量：取背吃刀量，由參考文獻[2]可查出，根據z525立式鉆床，取進給量，切屑速度：，，，則修正后的切屑速度，即查參考文獻[2]表3.17，取，故實際切屑速度為。切屑用時：=10mm，，，故，，，（2）擴孔切屑用量：取背吃刀量，由參考文獻[2]可查出，根據z525立式鉆床，取進給量，切屑速度：，，，則修正后的切屑速度，即，查參考文獻[2]表3.17，取，故實際切屑速度為。切屑用時：=10mm，，，故，，，（3）鉸孔切屑用量：取背吃刀量，由參考文獻[2]可查出，根據z525立式鉆床，取進給量，切屑速度：，，，則修正后的切屑速度，即，查參考文獻[2]表3.17，取，故實際切屑速度為。切屑用時：=10mm，，，，故，，，。工序60：銑叉口機床：立式銑床X52K刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-64選用硬質合金鑲齒套面銑刀YT15.銑刀壽命T=180min,D/Z=100/10,B=401)削深度2=10mm所以有=5mm2)給量查《機械加工工藝師手冊》表10-118與表10-119得,進給量f=0.2~0.35mm/齒按機床行選取f=0.3mm/齒3)切削速度根據《機械加工工藝手冊》表10-70,及10-66,查得V=115min/s.即V=6.9m/min4)定機床主軸轉速ns==21.97r/min按機床說明書(見《工藝手冊》表6-39),與21.97r/min相近的機床轉速為22.5r/min。現選取=22.5r/min。所以實際切削速度==當=22.5r/min時，工作臺的每分鐘進給量應為=fZ=0.31022.5=67.5(mm/min)，查機床說明書有=60(mm/min)5)削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。t===1.5(min)t==0.75(min)銑兩次的總時間為t=1.5+0.75=2.25min工序110：粗磨叉口兩側面及凸臺面。機床M7130平面磨床1)選擇砂輪。見《機械加工工藝手冊》第三章中磨料A46KV6P35040167其含義為：砂輪磨料為剛玉，粒度為46#,硬度為中輪1級，陶瓷結合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為350x40x1672)切削用量的選擇。查《機械加工工藝手冊》表33-42有工件速度＝18m/min切削深度＝0.0157mm/st縱向進給量＝0.5B＝20mm(雙行程)3)切削工時式中D被加工直徑b加工寬度Z--單邊加工余量K系數V工作臺移動速度--工作臺往返一次砂輪軸向進給量--工作臺往返一次砂輪徑向進給量＝0.55(min)工序160：精磨叉口兩側面。機床M7130平面磨床1)選擇砂輪。見《機械加工工藝手冊》第三章中磨料A46KV6P35040167其含義為：砂輪磨料為剛玉，粒度為46#,硬度為中輪1級，陶瓷結合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為350x40x1672)切削用量的選擇。查《機械加工工藝手冊》表33-42有工件速度＝18m/min切削深度＝0.0157mm/st縱向進給量＝0.5B＝20mm(雙行程)3)切削工時式中D被加工直徑b加工寬度Z--單邊加工余量K系數V工作臺移動速度--工作臺往返一次砂輪軸向進給量--工作臺往返一次砂輪徑向進給量＝0.3(min)工序130：鉆M10螺紋底孔,倒角機床：鉆床Z525刀具：根據參照參考文獻[3]表4.3～9，選硬質合金錐柄麻花鉆頭切削深度：根據參考文獻[3]表查得：進給量,切削速度。機床主軸轉速：，按照參考文獻[3]表3.1～31，取。實際切削速度：切削工時被切削層長度：刀具切入長度：刀具切出長度：取。加工基本時間：工序140：攻絲M10鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用絲錐，《機械加工工藝手冊》第2卷。根據《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得絲錐鉆孔進給量為0.20～0.35。則取確定切削速度，根據《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-9切削速度計算公式為（3-20）查得參數為，刀具耐用度T=35則==1.6所以==72選取所以實際切削速度為=2.64確定切削時間（一個孔）=

第3章銑兩端面設計為了提高勞動生產，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具銑兩端面。下面即為銑床夾具銑兩端面的專用夾具，本夾具將用于X52K立式銑床。3.1設計要求本夾具無嚴格的技術要求，因此，應主要考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，精度不是主要考慮的問題。3.2夾具設計3.2.1定位基準的選擇為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進行加工，準備采用手動夾緊。3.2.2切削力及夾緊力的計算3.3夾具的夾緊裝置和定位裝置夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。僅僅定好位在大多數場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發生移動和震動，確保加工質量和生產安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。一般夾緊裝置由動源即產生原始作用力的部分。夾緊機構即接受和傳遞原始作用力，使之變為夾緊力，并執行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構和夾緊元件。考慮到機床的性能、生產批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。螺旋夾緊機構是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構。螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發生變化來夾緊的。典型的螺旋夾緊機構的特點：（1）結構簡單；（2）擴力比大；（3）自瑣性能好；（4）行程不受限制；（5）夾緊動作慢。夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉，通過螺栓夾緊移動壓板，實現對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調整。通過松緊螺栓實現壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規定位置上。在這次夾具設計中，定位是采用一根心軸和一個定位插銷來定位水平方向的。在垂直方向，用兩個同心半圓環來定位。當被加工零件放到夾具體同心圓環上后，用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進行定位，把壓板壓緊，之后取出定位插銷。刀具：銑刀。刀具有關幾何參數：由參考文獻[5]5表1～2～9可得銑削切削力的計算公式：有：根據工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值，即：安全系數K可按下式計算：式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數：由此可得：所以由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有：式中參數由參考文獻[5]可查得：螺旋夾緊力：該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如2.1.由表得：原動力計算公式即：由上述計算易得：由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。3.4定位誤差的分析制造誤差ZZ（1）中心線對定位件中心線位置精度.取.（2）同軸度誤差（查表P297）故，則.知此方案可行。3.5確定夾具體結構和總體結構對夾具體的設計的基本要求（1）應該保持精度和穩定性在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。（2）應具有足夠的強度和剛度保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。（3）結構的方法和使用應該不錯夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。（4）應便于鐵屑去除在加工過程中，該鐵屑將繼續在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產生更多的，一般應在夾具體上面。（5）安裝應牢固、可靠夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或實現的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。3.6夾具設計及操作的簡要說明由于是大批大量生產，主要考慮提高勞動生產率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。

總結與展望在本次設計中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問題，所選用的零、部件都是操作簡單，通用性較強的標準件，從現時以最低的成本實現最先進的加工。但也有不足之處：特別是對于鏜孔夾具，在刀具加工完退出工件孔時，有可能會劃傷工件內孔表面，本可以在夾具體內部設置液壓升降系統，使工件孔與定位立臺可升可降，這樣，在刀具退出時，使定位立臺連同工件孔一起升起，從而避免劃傷。但考慮到成本問題，未采用這種方法。為此，鏜孔的專用夾具還有待改進。無論怎樣，這次的畢業設計使我獲益良多，是我在學校的最后一次答卷，也是我成功邁向社會的第一步。參考文獻參考文獻[2]黃如林，切削加工簡明實用手冊[M]，北京：化學工業出版社，20